مهندسة طاقة كهربائية
هندسة الطاقة الكهربائية, Tishreen university

الديود الضوئي (Photodiode) هو حساس أو مستشعر الأوزان الخفيفة كما الضوء يقوم بتحويل الطاقة الضوئية الواقعة على إلى طاقة كهربائيّة على شكل جهد كهربائي أو تيار كهربائي. يتكوّن الديود الضوئي من مواد نصف ناقلة (مواد عازلة تصبح ناقلة عند شروط محددة كارتفاع درجة الحرارة) كالجرمانيوم والسيليكون والجاليوم مع وصلة PN ، وتوجد طبقة داخليّة بين طبقتي P و N، تتصل إحدى أطرافها مع القطب السالب للبطاريّة بينما الآخر يتصل مع الطرف الموجب للبطاريّة.

ومن الداخل يتكون الديود الضوئي من مرشحّات ضوئيّة مدمجة مع العدسة وعلى السطح. الشكل الآتي يوضّح الديود الضوئي بشكل مشابه للعنصر LED بطرفين يُطلق عليهما مصعد ومهبط أو أنود وكاثود، مع اختلاف اتجاه الأسهم حيث تكون خارجة من الديود في العنصر LED.

الديودات الضوئية

سُمّي الديود الضوئي بهذا الاسم نظراً لأنّه يُثار بالضوء، حيث وقوع الضوء على الديود يثير وصلة PN فتتأين الروابط التساهميّة وتُخلق أزواج من الإلكترونات والحفر تُسمّى زوج إلكترون-ثقب، يكون ذلك نتيجة وصول فوتونات الطاقة إلى أكثر من 1.1 eV؛ هذا يوّلد بدوره تيار ضوئي، فعندما تصل الفوتونات إلى منطقة النفوذ للديود تضرب الذرات بطاقة هائلة، منتجة بذلك إلكترونات حرّة وثقب.

الديودات الضوئية

تحمل الإلكترونات شحنة سالبة بينما الثقوب تكون موجبة الشحنة، تنتقل الثقوب نحو قطب الأنود والإلكترونات إلى قطب الكاثود نتيجة الحقل الكهربائي المكون منطقة النفوذ، ويتناسب امتصاص الضوء بشكل عكسي مع طاقة الضوء حيث الطاقة المنخفضة تجعل الامتصاص أكبر وبالعكس. ويتم توصيل الديود الضوئي في دائرة خارجيّة ذات انحياز عكسي، حيث يتم توصيل الأنود مع الأرض بينما الكاثود إلى جهد التغذية، يكون مصدر الطاقة ضروريّاً هنا لأن التيار الناتج عن الديود صغير جداً ولا يكفي لتشغيل أي جهاز إلكتروني لذلك يتم توصيله مع بطارية لإنتاج تيار أكبر وكافي لتشغيل جهاز إلكتروني ممّا يضمن أداء أفضل للدارة.

طرق تشغيل الديود الضوئي:

  • الوضع الكهروضوئي: ويُدعى هذا الوضع Zero Bias، و يُستخدم لتشغيل التطبيقات ذات التردد المنخفض وتطبيقات الإضاءة العالية، حيث تحفيز الديود بالضوء يخلق جهداً بمميزات لا خطيّة ومجال ديناميكي صغير جدّاً، ويكون الديود أيضاً حساس لمجال معيّن من درجات الحرارة في تصميمه.
  • وضع الموصل الضوئي: يتم استخدام هذه الطريقة في المضخمات الأوليّة حيث تحافظ على جهد ثابت فتصبح موصلة ضوئيّة، يعمل الديود الضوئي في حالة الانحياز العكسي ( جهد الأنود أقل من جهة الكاثود)، وبزيادة هذا الجهد  يزداد عرض طبقة النفوذ ممّا يقلل من سعة وصلة pn ووقت الاستجابة.
  • وضع الانهيار للديود الضوئي: يعمل الديود هنا بانحياز عكسي عالي فتنهار الأزواج (ثقب- إلكترون) الناتجة عن الضوء، هذا يخلق يدوره كسب داخلي للديود الضوئي فيعمل.

يتم استخدام هذا النوع من الديودات في المجالات التالية:

  • أجهزة الأمان الإلكترونيّة كحساسات الحرائق والدخان.
  • تطبيقات العزل الكهربائي بمساعدة أجهزة أخرى.
  • التطبيقات اليوميّة البسيطة نظراً لاستجابتها الخطيّة مع الضوء، فسقوط كميّة كبيرة من الضوء يُنتج كميّة عالية من التيار.
  • الكاميرا كحساس ضوئي، وفي الوحدات التلفزيونيّة.
  • النواقل الضوئيّة وأنابيب المضاعف الضوئي والأجهزة ذات الشحن.
  • التطبيقات الطبيّة كأدوات تحليل العينات وأجهزة مراقبة غازات الدم وأجهزة الكشف عن التصوير المقطعي.

أكمل القراءة

200 مشاهدة

0

هل لديك إجابة على "ماهي الديودات الضوئية"؟